閆 博
(東莞市德勤教育科技有限公司,廣東東莞 523000)
內(nèi)螺旋槽加工在數(shù)控車床上歷來都是一個(gè)難題,尤其是復(fù)雜的內(nèi)螺旋槽零件,該內(nèi)螺旋槽是一種分布在內(nèi)孔壁上的梯形截面溝槽,在內(nèi)孔壁上均勻附著5條,內(nèi)孔是一個(gè)錐形孔,螺旋槽深度也是由外而內(nèi)逐漸減小。內(nèi)孔比較大,約200mm左右,內(nèi)螺旋槽又是空間曲線,其加工過程很難檢測,在數(shù)控車床上加工是一個(gè)難題,如果加工時(shí)采用內(nèi)孔切槽刀車削的方法加工,雖然保證了零件表面的加工質(zhì)量,但加工余量太大,加工時(shí)間太長,影響了加工效率。而采用內(nèi)壁銑刀銑削的方法銑削內(nèi)螺旋槽,雖然提高了零件的生產(chǎn)效率,但加工出來的內(nèi)螺旋槽表面粗糙度達(dá)不到圖紙的要求。所以在保證內(nèi)螺旋槽零件表面質(zhì)量的前提下,把兩種加工方法結(jié)合在一起,粗加工采用內(nèi)壁銑刀銑削的方法加工,精加工采用內(nèi)孔切槽刀車削的方法加工,這樣既提高了零件的生產(chǎn)效率,又保證了零件的表面質(zhì)量。
內(nèi)螺旋槽零件如圖1所示,螺旋槽材質(zhì)為鋁合金AL6061-T6,6061-T6是鋁、鎂、硅合金,是一種熱處理型的耐腐蝕性合金,高強(qiáng)度,高硬度廣泛應(yīng)用于要求有一定強(qiáng)度和抗蝕性高的各種工業(yè)結(jié)構(gòu)件,如制造卡車、塔式建筑、船舶、電車、鐵道車輛、家具機(jī)械零件、精密加工、模具等。
圖1 內(nèi)螺旋槽零件圖
該 零 件 主 要 由φ203mm、φ208mm、φ250mm、φ234mm、φ279.5mm、φ284.5mm 外圓和60°的外錐度,φ191mm、φ272.5mm內(nèi)孔,φ4mm端面孔和有關(guān)倒角等表面組成。內(nèi)錐螺旋槽其截面形狀為梯形,螺旋槽底孔直徑為φ191mm,螺旋槽槽寬26.4mm,螺旋槽凸臺(tái)寬4.7mm,5頭內(nèi)螺旋槽在孔口以錐螺旋線形狀附著在內(nèi)孔壁上,軸向方向呈均勻分布,每兩條螺旋線之間的夾角為72°,內(nèi)螺旋槽底大端直徑為φ212mm,小端直徑為φ195mm。整個(gè)零件圖尺寸標(biāo)注符合數(shù)控加工尺寸標(biāo)注要求,輪廓描述清楚完整,表面粗糙度要求為Ra1.6μm和Ra3.2μm,零件表面處理需要做5±2μm本色陽極氧化。
使用焊接的鋁制軟爪裝夾,使零件的所有工步都能在機(jī)床上完成。因?yàn)橛袃?nèi)螺旋槽,所以不能在普通數(shù)控車床上完成,需要用到帶有動(dòng)力頭的車銑復(fù)合機(jī)床,考慮到零件的復(fù)雜性和對形位公差要求比較高,零件則需要分多次裝夾。第一次裝夾首先粗車零件外輪廓和內(nèi)孔,留精加工余量。第二次裝夾加工可采用一把定制的內(nèi)壁銑刀伸進(jìn)內(nèi)孔壁上粗銑內(nèi)螺旋槽結(jié)合內(nèi)溝槽車刀精車內(nèi)螺旋槽側(cè)面和底面的方法加工。第三次裝夾反撐內(nèi)孔表面,加工所有外徑和內(nèi)孔表面以及端面,保證零件圖紙上的形位公差要求和精度要求。零件加工完成后,拆下工件,使用自制刮刀去除工件各處毛刺,用氣槍吹干凈工件上的毛刺,切屑。再用振動(dòng)筆在零件外徑居中位置打標(biāo),最后零件再做本色陽極氧化表面處理。
因?yàn)槭桥考庸?,該產(chǎn)品需要加工200件,根據(jù)圖紙要求,選擇工件毛坯尺寸為φ290×150mm 中心孔φ186mm的中空管料,材質(zhì)為AL6061-T6高硬度鋁合金。
加工該零件的機(jī)床為韓國產(chǎn)的斗山數(shù)控車削中心,該機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)直徑可達(dá)500mm。刀塔可裝15把刀具,主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)5,000 轉(zhuǎn)/min,機(jī)床的特點(diǎn)就是X、Z軸反應(yīng)速度快,換刀速度也快,可以極大地節(jié)省機(jī)床的非切削移動(dòng)時(shí)間,提高零件生產(chǎn)效率。其機(jī)床加工精度可以達(dá)到0.003mm。該機(jī)床具有X、Z、C3 個(gè)軸,其中X軸Z軸可在刀塔上裝上動(dòng)力頭進(jìn)行銑削加工,C軸可進(jìn)行分度加工,機(jī)床系統(tǒng)采用大眾所熟知的通用系統(tǒng)——FANUC OI系統(tǒng)。
零件加工刀具清單如表1所示。
表1 零件加工刀具清單
此內(nèi)壁鉆動(dòng)力頭為銑內(nèi)螺旋槽專用動(dòng)力頭,需要專門定制,在原有徑向動(dòng)力頭的基礎(chǔ)上做一個(gè)懸伸壁能伸進(jìn)內(nèi)孔加工。其大致外形如圖2所示。
圖2 內(nèi)壁鉆輪廓圖
該零件需要3次裝夾車削才能完成加工步驟。
(1)1 夾毛坯用車銑復(fù)合機(jī)床的液壓三爪卡盤夾持,如圖3所示,因夾持直徑太大,在三爪的最外端焊接了3塊懸伸軟爪,軟爪材料用鋁合金制造,可以有效保護(hù)已加工表面不受壓力變形,軟爪內(nèi)孔夾持部位則車至φ290mm 長20mm,工件則伸出122mm 長。夾頭壓力不可調(diào)至太大,太大會(huì)導(dǎo)致工件變形,太小會(huì)夾不緊工件,經(jīng)驗(yàn)證夾頭壓力為10kg左右。
圖3 1夾工件與刀具的安裝圖
(2)2 夾同樣采用鋁制軟爪,如圖4 所示,軟爪內(nèi)孔夾持部位則車至φ251mm 長15mm,夾住φ250.6mm的已加工外圓表面,用工件左側(cè)面和軟爪的內(nèi)孔側(cè)面貼合定位。
圖4 2夾工件與刀具的安裝圖
(3)3 夾需要用到鋁制反爪,如圖5 所示,反爪外圓直徑車至φ272.5mm,用反爪撐住φ272.5mm的已加工的內(nèi)孔表面,已加工的工件內(nèi)孔側(cè)面頂住反爪端面定位夾緊。
圖5 3夾工件與刀具的安裝圖
該工件共分3次裝夾車削完所有尺寸。
第一次裝夾:
(1)粗車徑向槽——使用60°外圓尖刀粗車φ234mm 徑向槽底面和61°的斜面,留1.5mm 精加工余量,轉(zhuǎn)速n設(shè)為400 轉(zhuǎn)/min,進(jìn)給量f設(shè)為0.25mm/轉(zhuǎn),背吃刀量ap設(shè)為1mm。
(2)粗車外輪廓及端面——使用主偏角為93°刀尖半徑為R0.8mm 的外圓右偏刀粗車φ203mm、φ208mm、φ250mm 外圓、61°的斜面和端面,留0.6mm精加工余量。轉(zhuǎn)速n設(shè)為400 轉(zhuǎn)/min,進(jìn)給量f設(shè)為0.3mm/轉(zhuǎn),背吃刀量ap設(shè)為2mm。
(3)粗車徑向槽及端面——使用主偏角為93°刀尖半徑為R0.8mm的外圓左偏刀粗車φ234mm徑向槽底面及端面,留0.6mm 精加工余量。轉(zhuǎn)速n設(shè)為400 轉(zhuǎn)/min,進(jìn)給量f設(shè)為0.3mm/轉(zhuǎn),背吃刀量ap設(shè)為2mm。
(4)粗車內(nèi)孔——使用主偏角為93°刀尖半徑為R0.8mm的內(nèi)孔粗車刀粗車φ190mm內(nèi)徑,留0.6mm精加工余量,轉(zhuǎn)速n設(shè)為400 轉(zhuǎn)/min,進(jìn)給量f設(shè)為0.3mm/轉(zhuǎn),背吃刀量ap設(shè)為2mm。
第二次裝夾:
(1)定點(diǎn)鉆打點(diǎn)——使用φ8mm 定點(diǎn)鉆打點(diǎn)定位,鉆深為3mm,轉(zhuǎn)速n設(shè)為1,000 轉(zhuǎn)/min,進(jìn)給量f設(shè)為0.1mm/轉(zhuǎn)。
(2)鉆孔——使用φ4mm 鉆頭鉆通孔,鉆深為28mm,轉(zhuǎn)速n設(shè)為1,500 轉(zhuǎn)/min,進(jìn)給量f設(shè)為0.1mm/轉(zhuǎn),鉆孔退刀量為0.5mm,逐層鉆孔深度為3mm。
(3)粗車端面——使用主偏角為93°刀尖半徑為R0.4mm 的外圓右偏刀粗車端面,留0.2mm 精加工余量,軸向平移步距設(shè)為1mm,退刀量設(shè)為0.2mm,轉(zhuǎn)速n設(shè)為400轉(zhuǎn)/min,進(jìn)給量f設(shè)為0.25mm/轉(zhuǎn)。
(4)精車內(nèi)孔——使用主偏角為93°刀尖半徑為R0.4mm的內(nèi)孔粗車刀精車φ272.5mm內(nèi)徑及端面,轉(zhuǎn)速n設(shè)為500 轉(zhuǎn)/min,進(jìn)給量f設(shè)為0.2mm/轉(zhuǎn),保證表面粗糙度為Ra1.6μm。
(5)粗銑內(nèi)螺旋槽——車銑復(fù)合機(jī)床刀架上安裝一種定制的可以懸伸進(jìn)內(nèi)孔的徑向動(dòng)力頭,在動(dòng)力頭上裝φ8mm的平底銑刀,使用銑刀在內(nèi)孔壁上粗銑出內(nèi)螺旋槽,在螺旋槽在兩側(cè)面和底面各留0.5mm的精加工余量,銑刀轉(zhuǎn)速n設(shè)為2,500 轉(zhuǎn)/min,進(jìn)給量f 設(shè)為350mm/min,背吃刀量ap設(shè)為1mm。
(6)車內(nèi)螺旋槽側(cè)面——車銑復(fù)合機(jī)床刀架上安裝一種自制的可以懸伸進(jìn)內(nèi)孔的徑向內(nèi)孔切槽刀,刀頭寬12mm,刀頭一側(cè)需磨出20°左右的螺旋升角,以防干涉到內(nèi)螺旋槽的側(cè)面,使用內(nèi)孔槽刀在內(nèi)孔壁上分層精車內(nèi)螺旋槽側(cè)面,因是C軸聯(lián)動(dòng),所以不需要設(shè)置主軸轉(zhuǎn)速,加工時(shí)進(jìn)給量f設(shè)為6,000mm/min,背吃刀量ap設(shè)為0.5mm。
(7)車內(nèi)螺旋槽底面——使用內(nèi)孔槽刀精車內(nèi)螺旋槽底面,加工時(shí)進(jìn)給量f設(shè)為6,000mm/min。
(8)內(nèi)螺旋槽棱邊倒角——車銑復(fù)合機(jī)床刀架上安裝一種自制的可以懸伸進(jìn)內(nèi)孔的內(nèi)孔切槽倒角刀,刀頭寬12mm,刀頭兩個(gè)副切削刃磨出45°斜角,一側(cè)刀刃需磨出20°左右的副后角,以防刀刃的副后面干涉到內(nèi)螺旋槽的棱邊,棱邊倒角一刀車出來,不需要分刀加工,加工時(shí)進(jìn)給量f設(shè)為6,000mm/min。
(9)φ4mm 孔口倒角——使用φ8mm 定點(diǎn)鉆側(cè)刃對φ4mm 孔口倒角,倒角C0.2mm,轉(zhuǎn)速n設(shè)為1,000 轉(zhuǎn)/min,進(jìn)給量f設(shè)為0.1mm/轉(zhuǎn)。
(10)內(nèi)螺旋槽口部倒角——使用φ8mm 定點(diǎn)鉆側(cè)刃對內(nèi)螺旋槽口部倒角,倒角C0.2mm,轉(zhuǎn)速n設(shè)為1,000轉(zhuǎn)/min,進(jìn)給量f設(shè)為0.1mm/轉(zhuǎn)。
第三次裝夾:
(1)車左邊外輪廓及端面——使用主偏角為93°刀尖半徑為R0.4mm 的外圓右偏刀精車φ203mm、φ208mm、φ250mm 外圓和端面,轉(zhuǎn)速n設(shè)為500 轉(zhuǎn)/min,進(jìn)給量f設(shè)為0.25/mm/轉(zhuǎn),倒角進(jìn)給量設(shè)為0.12mm/轉(zhuǎn)。
(2)車右邊外輪廓及端面——使用5mm寬外圓切槽刀精車φ234mm、φ284.5mm、φ279.5mm 外圓、60°的斜面和端面,轉(zhuǎn)速n設(shè)為500 轉(zhuǎn)/min,進(jìn)給量f設(shè)為0.25mm/轉(zhuǎn),倒角進(jìn)給量設(shè)為0.12mm/轉(zhuǎn)。
(3)車內(nèi)孔——使用主偏角為93°刀尖半徑為R0.4mm 的內(nèi)孔精車刀精車φ191mm 內(nèi)徑及端面,轉(zhuǎn)速n設(shè)為500轉(zhuǎn)/min,進(jìn)給量f設(shè)為0.15mm/轉(zhuǎn),倒角進(jìn)給量設(shè)為0.1mm/轉(zhuǎn),保證表面粗糙度為Ra1.6μm。
零件在車床上加工完成后使用自制小刮刀去除工件各處硬毛刺,倒角0.2mm,不可刮傷工件其他面。用振動(dòng)筆打標(biāo),打標(biāo)位置在φ234mm外圓上大概位置,盡量居中,打標(biāo)內(nèi)容為英文字母C(字母為大寫),字高約5mm。最后零件做表面處理,本色陽極氧化,氧化層厚度5±2μm,氧化后圖示尺寸不可超差。
通過對內(nèi)螺旋槽零件的數(shù)控加工工藝分析研究,特別是難加工,精度要求高的內(nèi)螺旋槽零件,設(shè)計(jì)出合理的夾具,利用研制的新型內(nèi)螺旋槽銑削動(dòng)力頭,經(jīng)過合理的工序安排,順利在數(shù)控車床上實(shí)現(xiàn)了此類零件的加工。